CN103709429B - 一种对聚合物表面进行疏水改性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对聚合物表面进行疏水改性的方法，所述方法是首先对经表面清洁处理后的聚合物表面进行紫外光氧化处理，然后采用浸泡法或气相沉积法在经紫外光氧化处理后的聚合物表面进行疏水物质的修饰。本发明方法具有工艺简单、无需特殊设备、无需真空或特殊气氛条件、不必额外使用模板，易于规模化实施等优点；尤其是，经本发明方法改性处理的聚合物表面具有超疏水性，且其在经受350℃的高温处理后仍然可以保持超疏水特性，可适用于在高温等恶劣环境中的使用要求。

Description

一种对聚合物表面进行疏水改性的方法

技术领域

本发明涉及一种对聚合物表面进行疏水改性的方法，属于高分子材料表面改性技术领域。

背景技术

自然界中，荷叶、水稻叶、蝉翼以及水黾腿表面都具有超疏水特性。这类超疏水表面在生活中具有广阔的应用前景，如：可以实现材料表面自清洁，从而使建筑物的外墙、露天的广告牌等表面象荷叶一样保持自然清洁；可以用于汽车玻璃、空调换热器以及眼镜表面的防雪、防霜、防雾等；可以被应用于金属表面，以解决金属腐蚀的问题；可以用于微流体控制领域可以实现对微流体流动的定向操控，以降低微流系统的工作能耗；可以用于生物领域，可以提高生物细胞的生长效率、体内载体的生物相容性；可以用于电池系统领域，大大改善电池的工作寿命和工作效率。

低的表面自由能和微纳米尺度的表面结构是实现材料表面超疏水的两个决定性因素。尤其各种特殊形态的微纳米尺度结构在产生生物表面的超疏水性能上起到了关键性的作用。目前，制备超疏水聚合物的技术主要可分为以下几类：表面刻蚀法、电纺法、聚合反应成膜法、模板法、溶胶凝胶法。这些方法共同的特点是制备的表面具有较低的表面能，同时又具有较大的粗糙度。但是，上述现有技术也存在着综合性能欠佳、不适合大规模商业应用等缺点。其中表面刻蚀法可以利用综合性能稳定的聚合物薄膜，在不改变其整体性能的前提下实现其表面疏水化处理，但一般现有的光刻技术或等离子刻蚀技术也存在制备工艺复杂、设备昂贵、制备条件苛刻、成本较高等缺陷，不利于大面积推广应用。因此，开发一种成本低、工艺简单、且可实现规模化生产的聚合物表面疏水化处理方法非常重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明旨在提供一种工艺简单、成本低廉、适合规模化的对聚合物表面进行疏水改性的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种对聚合物表面进行疏水改性的方法，是首先对经表面清洁处理后的聚合物表面进行紫外光氧化处理，然后采用浸泡法或气相沉积法在经紫外光氧化处理后的聚合物表面进行疏水物质的修饰。

本发明所述的聚合物可以是聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酯类聚合物等。本领域技术人员不难得知，将本发明方法用于其它聚合物时也会有类似结果，因为聚合物具有易于与紫外以及紫外所产生的臭氧作用的通性，只是作用强度有所不同而已。

所述的紫外光氧化处理可在空气氛下进行，也可在氧气氛下进行，还可以在含氧气和臭氧的混合气氛下进行。

进行紫外光氧化处理的装置为紫外灯，优选波长为185nm和254nm的低压石英汞灯。

进行紫外光氧化处理的紫外光强度为1mW/cm²～100mW/cm²，处理时间为1～200小时，优选为1～100小时。

所述的疏水物质推荐为氟硅烷或碳链长度为8～14的烷氧基硅烷，优选为1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷。

与已有研究报道相比，本发明方法具有工艺简单、无需特殊设备、无需真空或特殊气氛条件、不必额外使用模板，易于规模化实施等优点；尤其是，利用本发明方法所处理的聚合物表面具有超疏水性，且其在经受350℃的高温处理后仍然可以保持超疏水特性，经本发明改性处理后的聚合物可适用于在高温等恶劣环境中的使用要求。

附图说明

图1是依据实施例1经紫外光氧化处理后的聚酰亚胺薄膜分别在低倍镜（a）和高倍镜（b）下的表面形貌图；

图2是依据实施例1制得的超疏水聚酰亚胺薄膜分别在低倍镜（a）和高倍镜（b）下的表面形貌图，插图为其表面上水滴（5μL）形态的光学显微图片；

图3是依据实施例1制得的超疏水聚酰亚胺薄膜经不同温度处理后的水接触角数据；

图4是依据实施例1制得的超疏水聚酰亚胺薄膜经350℃处理后分别在低倍镜（a）和高倍镜（b）下的表面形貌图，插图为其表面上水滴（5μL）形态的光学显微图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一、先将聚酰亚胺薄膜洗净吹干，然后用紫外光氧化法对聚酰亚胺薄膜表面进行氧化刻蚀，使用185nm和254nm的低压石英汞灯，控制功率为70W，紫外光强度为10mW/cm²，其中185nm和254nm波长的光强度比为10:90，对薄膜氧化刻蚀72h后取出，得到如图1所示的微纳米结构形貌，包含微纳米尺度的山脊状突起、沟道以及纳米突起团簇形成的岛状结构，表面水接触角小于10°，呈现超亲水状态；

二、取10μL1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷置于聚四氟乙烯罐的底部，并将聚酰亚胺薄膜竖直固定于聚四氟乙烯罐内，然后用高压釜密封后，将其放在120℃的烘箱中处理，以使经紫外光氧化处理后的表面与1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷充分反应；反应2h后将聚四氟乙烯罐打开，加热到150℃，搅拌使没有反应掉的1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷分子挥发掉（约3h）；自然冷却到室温，测其表面形貌如图2所示，在此步骤中表面形貌改变不大，呈现微纳米尺度山脊状突起、沟道以及纳米突起团簇形成的岛状结构，但氟烷基硅氧烷的修饰使其表面能降低，表面上水滴（5μL）形态的光学显微图片如图2中a图上的插图所示，水接触角为156.8°，呈现出超疏水状态，说明得到了超疏水聚酰亚胺薄膜；

将所得超疏水聚酰亚胺薄膜分别在50、100、150、200、250、300、350℃进行热处理3h，自然冷却到室温后再测其水接触角，其水接触角随热处理温度的变化曲线如图3所示，由图3可见：所得超疏水聚酰亚胺薄膜经350℃的热处理后依旧呈现超疏水状态，其表面的微纳米结构形貌如图4所示，形貌在高温热处理后基本保持不变，水滴（5μL）形态的光学显微图片如图4中a图上的插图所示，水接触角为155.6℃，仍然呈现超疏水状态。

实施例2

一、先将聚酰亚胺薄膜洗净吹干，然后用紫外光氧化法对聚酰亚胺薄膜表面进行氧化刻蚀，使用185nm和254nm的低压石英汞灯，控制功率为40W，紫外光强度为7mW/cm²，其中185nm和254nm波长的光强度比为5:95，对薄膜氧化刻蚀96h后取出；

二、将经紫外光氧化处理后的聚酰亚胺薄膜放在50mmol/L的1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷的对二甲苯溶液中，放置在100℃的烘箱中浸泡3h，以使经紫外光氧化处理后的表面与1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷充分反应；反应2h后取出，加热到150℃，搅拌使没有反应掉的1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷分子挥发掉（约2h）；自然冷却到室温，测其水接触角为151.2°，也呈现出超疏水状态。

本发明方法不仅限于对聚酰亚胺薄膜的表面进行疏水改性，可以适用于聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酯等各类聚合物。本领域技术人员不难得知，将本发明方法用于其它聚合物时也会有类似结果，因为聚合物具有易于与紫外以及紫外所产生的臭氧作用的通性，只是作用强度有所不同而已。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种对聚合物表面进行疏水改性的方法，其特征在于：首先对经表面清洁处理后的聚合物表面进行紫外光氧化处理，然后采用浸泡法或气相沉积法在经紫外光氧化处理后的聚合物表面进行疏水物质的修饰；所述的紫外光氧化处理是采用波长为185nm和254nm的低压石英汞灯，在空气氛下或在氧气氛下或在含氧气和臭氧的混合气氛下，紫外光强度为1mW/cm²～100mW/cm²下，处理1～200小时。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的疏水物质为氟硅烷或碳链长度为8～14的烷氧基硅烷。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的疏水物质为1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷。